旋挖钻机在水利工程竖井施工中的应用

摘" 要：该文对旋挖钻机在水利工程竖井施工中的应用进行深入研究，详细探讨其施工工艺、优势及效果。通过在贵州省黔西南州纳达水库运用旋挖钻机进行竖井施工的实践，对其运用技术和施工安全措施进行探索和总结。实践表明，旋挖钻机具有较高的施工效率和安全性，能够显著提高竖井施工的效率和质量。因此，旋挖钻机在水利工程竖井施工中具有广泛的应用前景。

关键词：旋挖钻机；水利工程；竖井；应用技术；施工安全

中图分类号：TU753.3" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：2095-2945（2025）05-0180-04

Abstract： This paper conducts an in-depth study on the application of rotary drilling rigs in shaft construction of water conservancy projects， and discusses its construction technology， advantages and effects in detail. Based on its application practice of using rotary drilling rigs for shaft construction in Nada Reservoir， Qianxinan Prefecture， Guizhou Province， its application technology and construction safety measures are explored and summarized. Practice has shown that rotary drilling rigs have high construction efficiency and safety， and can significantly improve the efficiency and quality of shaft construction. Therefore， rotary drilling rigs have wide application prospects in the construction of water conservancy projects.

Keywords： rotary drilling rig; water conservancy engineering; shaft; application technology; construction safety

竖井被广泛应用于水利水电工程的取水、引水、通排风、溜渣和补气，在引水竖井、闸门井、调压井、出线井和通风井等建筑物中都有应用[1-3]。竖井施工具有深度大，施工空间小，地质复杂，登高及临边作业多，通行不便等特点。竖井施工的难度大，安全风险突出。

水利水电工程的竖井由于断面面积大，开挖深度较深。开挖一般采用贯通导井后自上而下进行扩大开挖的方法。导井的传统开挖方法有正井法，正、反井相结合开挖，深孔爆破法，吊罐法，爬罐法。这些开挖方法都需要作业人员进入导井内施工，安全风险大，近年来已经很少采用。随着我国工程机械行业的大力发展，20世纪90年代初从煤炭行业引进了反井钻机开挖导井。它具有速度快、安全性好等优点，但反井钻机也存在市场上可用设备数量少，设备装拆繁琐，临建准备时间长，施工费用较高等缺点。

为了解决这些问题，兴义市纳达水库输水隧洞闸门井施工尝试采用建筑行业中常见的旋挖钻机进行导井开挖，取得了较好的效果。旋挖钻机是一种自带动力的自行式大型钻机，可配备多种钻头适用于各种地质情况[4]。它采用多层伸缩式钻杆，不需要泥浆循环排渣，具有成孔速度快、污染少、机动性强等优点[5-6]。本工程采用的为SR360R型旋挖钻机，设备参数见表1。

1" 工程概况及地质条件

1.1" 工程概况

兴义市纳达水库总库容1 076.8万m3，工程规模为中型，工程等别为III等。工程由水源工程和供水灌溉工程两部分组成。水源工程主要建筑物包括沥青心墙混合土石坝、左岸溢洪道、右岸输水隧洞等。

输水隧洞是连接水库和输水管道的主要建筑物，进口距离大坝坝坡脚约200 m，轴线平面走向为SE150.40°转SE113.63°，转弯半径50 m，转弯角度36.78°。隧洞包括进口段、闸门井段、洞身段、出口段，隧洞全长691.75 m。输水隧洞断面采用城门洞形，尺寸（宽×高）为2 m×2 m。

闸门井位于靠输水隧洞进口侧，深度为34.2 m。采用受力条件好的圆形竖井，内设检修闸门1道，孔口尺寸为2.0 m×2.0 m（宽×高），门槽宽0.75 m，两侧二期混凝土尺寸为0.5 m×0.5 m。竖井直径为5.2 m，上部结构平面尺寸7.2 m×7.2 m。检修闸门后设置1.05 m×2 m（顺水流向长度×垂直水流向宽度）的通气进人孔。闸门井底板高程1 004.96 m，宽6.0 m，长6.0 m，厚1.0 m。前后分别以5 m长的渐变段连接隧洞洞身段。典型断面如图1所示。

1.2" 地质条件

输水隧洞位于水库右岸，闸门井位于靠输水隧洞进口侧。竖井在明挖出来的施工作业平台上进行洞挖。竖井围岩为细砂岩夹泥质灰岩或互层，岩层陡倾，以Ⅲ、Ⅳ类围岩为主。其中强风化厚度为15 m，弱风化厚度为19.2 m。弱风化岩石属硬岩夹软岩，完整性较好。竖井全部位于地下水位以上。竖井岩体的主要物理性能指标，见表2。

2" 施工工艺

2.1" 施工工艺总体原则

竖井采用“先导井后扩挖”的开挖方法，即先沿竖井设计开挖轴线掘进一导井，然后再爆扩至设计轮廓线的施工方法。导井在底部平洞施工后进行，采用旋挖钻机成孔（1.5 m孔径）；竖井扩挖在底部平洞施工完毕后进行，采用手风钻钻钻孔，爆破后用人工将爆渣扒入导井，从井底再用机械装运利用平洞出碴。

竖井扩挖及下部闸室砼浇筑完成后，在竖井底部搭设钢管脚手架作为施工平台自下而上逐层浇筑竖井砼，每层2 m，共计浇筑15次（每浇筑1仓需3天）。

2.2" 施工工艺流程

施工准备→先导井施工→竖井分层全断面扩挖及砼喷支护（由上至下进行、每层厚度1～2 m）→输水隧洞闸室段扩挖、衬砌→搭设钢管脚手架→钢筋制作安装→竖井混凝土衬砌（由下至上分层进行、每层2 m）。

2.2.1" 施工准备

详细掌握设计文件及各项相关设计内容，熟悉周围施工环境。根据设计要求，合理布置好施工现场，保证施工现场整洁，各种材料堆放合理，并做到文明施工。

施工准备及施工过程中，应熟悉勘测设计单位所提交的桩号，在施工现场布设测量控制网，测量放样确定开挖边线和竖井中心线。

2.2.2" 先导井施工

经过查询后，兴义市无反井钻机设备，兴义市内附近工地有一SANY-SR360R型旋挖机，钻孔直径1.5 m，最大钻孔深度50 m，配备专业操作人员。根据现场实际情况，先导井采用旋挖钻成孔，目前输水隧洞已经贯通，在先导井施工过程中，输水隧洞内闸门井段封闭交通，除了出渣作业外，禁止施工人员和车辆通过。

1）测量放线。根据提供的测量基线和水准点，采用极坐标法放出竖井中心线，先导井孔位中心点的放样误差控制在20 mm范围内。

2）钢护筒制作与埋设。施工钢护筒采用不小于δ6 mm的钢板制作；卷制成大于孔径20 cm的护筒，高2.5 m。为增加其刚度以防止变形，在护筒上下端和中部的外侧各焊一道加劲肋，护筒焊接严实。

施工时在竖井中心处开挖出一个比护筒外径大80 cm的圆坑，坑底整平后，通过定位的控制桩放样，把钻孔的中心位置标于坑底。再把护筒吊放进坑内，找到护筒的中心位置，用十字线定位在护筒底部，然后移动护筒，使护筒中心与钻孔中心位置重合，同时用水平尺或铅球检查，使护筒竖直。此后，即在护筒周围对称、均匀地回填最佳含水量的黏土，要分层夯实，达到最佳密实度。夯填时要防止护筒偏斜。护筒埋设高出地面0.3 m，护筒埋设应准确、稳定，护筒中心与孔位中心的偏差不得大于5 cm，护筒的倾斜度不大于1%，入土深度不小于1.5 m。

3）钻机就位与调试。履带式旋挖钻机自行行走就位。钻机就位做到场地平整，虚土填实，并在钻机位置铺设钢板垫底。钻孔前，钻具对准孔位中心，机台平整度和垂直度可通过钻机自动安平系统调整。保持钻机垂直稳固、位置准确，防止因钻杆晃动引起孔径扩大。另外，在钻机对中整平后，在桩孔边设立尺寸标志，以便于每次钻进后的复位对中，并安排专人在钻机前指挥。

4）成孔施工。采用干挖法、旋挖式钻孔工艺，开始钻孔时，稍提钻杆，在护筒内慢速旋转，钻至护筒脚下1.0 m后，按正常速度钻进。当钻斗被旋转挤满钻碴后，停止下压及回旋，逆时针方向转动动力头，稍向下送行，关闭钻头回转底盖。上提钻斗时缓慢进行，防止提速过快，钻头碰撞孔壁，提离孔口后，钻机自身旋转至孔口卸碴场地，用动力头顶压顶杆，将底盖打开，倾卸钻碴，然后关闭底盖，旋回孔位，对准孔位，慢慢将钻斗放至孔底，继续钻进。

在钻进过程中，注意地层变化，对不同的土层，采用不同的钻头和不同的钻进速度。当遇到上部土层为全风化层，可采用筒式钻头钻进；当钻至强风化岩层时，采取筒式钻头钻进；当钻至硬砂岩夹粉砂质泥岩时，若筒式钻头难于钻进，可选用截齿钻头将岩石破碎，而后采用筒式钻头捞取岩石碎屑，如此交替反复，直至终孔。

成孔过程中要认真填好钻孔记录表，要求将各地层分层情况如实记录，钻进中发生的其他情况也要如实记录在施工日志上。

3" 施工效果

纳达水库竖井开挖施工过程中先后采用2种施工方法进行开挖施工。一是采用贯通导井后自上而下进行扩大开挖的方法，这种方法需要人进入导井进行施工作业，安全风险较高，施工效率较低。二是采用先导井后扩挖的方法。施工过程中发现地层松散，反循环清孔后混凝土灌注严重超量，不仅加大了施工成本，而且降低了施工效率。根据设计要求，认真研究施工区域地层特性，对水质进行化验，选定泥浆配方，制定维护措施，施工的先导井没有进行二次清孔，各项指标满足设计要求，提高了施工效率，确保了工程质量，节省了施工成本，得到了甲方及监理的一致认可。

4" 问题与探讨

竖井强风化段扩挖时可采用先导孔扩挖的旋挖钻机进行，也可采用传统钻爆法进行。旋挖钻施工适度较快，超欠挖控制较好。但由于强风化段围岩较差，为保证安全，进尺1.0 m后就进行井壁支护，强风化段长14.0 m，锚杆加上C25砼井壁支护作业循环最快为2天，整个强风化段，支护施工时间为28天；旋挖完成1.0 m范围内扩挖仅需3 h，等待支护完成后方可进行再次作业，旋挖钻机械利用效率不高，输水隧洞原有专业隧洞开挖人员及设备，整体比较后采用钻爆法施工。

反井钻机和旋挖钻机的对比。反井钻机主要应用于地下井筒建设中，市场上数量较少，可供选择的不多。旋挖钻机市场上数量较多，可广泛用于中小型水利工程竖井的导井开挖施工，局限性为高度大，作业平台要求高，道路要求高。

5" 结束语

综上所述，本文主要阐述了旋挖钻机在水利工程竖井施工中的应用情况，并介绍了其在竖井施工中的施工工艺和施工效果，对其应用中出现的问题进行了分析和探讨，更好促进旋挖钻成孔技术越来越成熟的发展，也能够扩大旋挖钻机在水利工程竖井施工中的有效利用，保证了竖井的施工质量，也提高了竖井的施工效率。

参考文献：

[1] 孙伟芳，孙红涛，杨俊杰.旋挖钻机施工技术在渠道边坡抗滑桩中的应用[C]//2023（第二届）城市水利与洪涝防治学术研讨会论文集，2023：1-12.

[2] 翟金宝，郑亚迪.旋挖钻机成孔技术在建筑工程桩基施工中的应用[J].山西建筑，2014，40（24）：85-86.

[3] 刘树鑫.旋挖钻机成孔技术在建筑工程桩基施工中的运用[J].住宅与房地产，2020（33）：191，210.

[4] 刘成博，彭志平，李泽敏.大直径超深桩旋挖钻机施工实践[J].钻探工程，2023，50（S1）：526-529.

[5] 许祥，唐琦军，任凯，等.旋挖钻机施工过程分析及其控制策略研究[J].机电工程，2023，40（12）：1907-1914.

[6] 周德强，杨涛.旋挖钻机在斜岩地层中的施工工法[J].建设机械技术与管理，2023，36（3）：36-37，70.